摘要：根據某款汽車變速器殼體外形及孔位的結構特點,對鑄件澆注系統、多滑塊內嵌式的抽芯結構設計以及模具冷卻系統的設計要點進行了分析，認為產品結構及澆注系統決定模具結構。合理的模具結構不僅能夠提高成品率及生產效率，還可簡化壓鑄模具加工工藝流程，從而降低模具制造成本。

近幾年由于國內汽車行業的持續發展，對大型壓鑄模具的需求越來越大。雖然國內的大型壓鑄模具有了很大進步，但是與國外先進技術還存在較大的差距，如用以制造汽車發動機缸體以及復雜變速箱殼體等的壓鑄模具。更重要的是，由于這類產品的質量將直接影響汽車發動機、變速箱的性能，且后序加工制造費用高，因此對于此類模具的成品率、生產效率、制造成本以及模具的可靠性要求更高。本課題將根據某款汽車變速器殼體外形及孔位的結構特點，從鑄件澆注系統設計出發，介紹了多滑塊嵌套式的抽芯機構以及模具冷卻系統，最終得到了合格的產品。

1、變速器殼體產品結構分析

圖1為某款汽車變速器的殼體壓鑄件，材質為ADCl2鋁合金，輪廓尺寸為550 mm×444 mm×301 mm，總質量約為27.3 kg，屬于大型壓鑄件。該產品的結構復雜，多加強筋和孔位，主體壁厚為7 mm，壁厚不均勻，從圖1可以看出，產品外側四周多孔，模具4個方向需設計滑塊結構；從圖1a可看出，產品孔系較多，局部區域壁厚較厚，且對軸承孔及氣缸孔部位氣密性要求高；從圖1b可以看出，產品內部存在深腔結構，且兩側大的軸承孔中心部位采用壓鑄工藝無法鑄出，需完全填充，與底部連接，后續通過機加工實現，此處連接后，由于深腔及壁厚問題，產生內部缺陷風險較大,此為難點1；另外，側面孔系較多且密集，模具布置冷卻系統時，難度大，復雜程度高，同時，存在與方向不同的8個螺紋孔,兩者之間存在較大夾角，無法進行同向抽芯，需要單獨設計抽芯機構,保證內部質量,此為難點2，見圖1b和圖1c。

圖1：變速器殼體產品三維模型

2、澆注系統的設計

產品結構及澆注系統對模具結構起決定性作用，合理的澆注系統，不僅能夠保證鑄件質量，還可簡化模具。為解決難點1，保證兩側大軸承孔內部質量，對產品（圖2）進行小改進，在軸承孔表面增加些許密集小網格，以緩解鑄件表面缺陷，特別是氣孔和增加表面積，從而增加散熱面，提高散熱效率。

在靠近兩側大軸承孔端面（機加工面）設計澆排系統（見圖2），專門設計1條支路填充遠處大軸承孔，確保軸承孔內部質量;在鑄件遠處或匯集部位設置集渣包，保證遠端冷料及氣體、夾渣能夠最大限度的流入，以消除鑄件缺陷。另外，此澆注系統可使用機械電鋸或后續采用切邊模去除，其余殘留澆冒口通過機加工就可去除，鑄件外觀質量好。

采用此種澆注系統后，模具分型面只能選擇靠近兩側大軸承孔端面上，正面淺腔設計在定模上，背面深腔設計在動模上，4個側面設計為上下左右共4（？）個滑塊，圖1b所示的復雜側面位于模具底部。

3、模具設計

3.1 滑塊結構設計

根據鑄件結構特點，除動定模之外，在鑄件四周加強筋部位進行分模（圖3），由于8個螺紋孔（模具設計為型銷）與底部出模方向角度不一致,設計兩個側滑塊5、6，采用多滑塊嵌套式的抽芯機構（又叫二級聯動抽芯機構）進行抽出。采用各自的傳動元件，在模具開模時，先抽出側滑塊5、6，再抽出滑塊1，完成開模動作,模具合模時，大滑塊1復位后，小滑塊再復位。

3.2 二次抽芯結構設計

圖4為殼體下滑塊結構，圖5為二級抽芯動作過程。壓鑄件成形后開模，開模力使斜銷和側滑塊5、6的斜孔做相對運動。由于側滑塊以間隙配合的形式安裝在動模板的壓條槽內，故驅動側滑塊向外移動。當移動到抽芯距離后，完成側抽芯和開模的動作。這時在限位塊的作用下，側滑塊準確停留在斜銷抽出滑塊時的終止位置上，以免在下次合模時斜銷和斜孔錯位，發生碰撞事故。

合模時，斜銷準確地進入側滑塊的斜孔，并帶出復位動作。但僅靠斜銷的定位是很困難的，而且斜銷的鎖壓作用在受壓射壓力的高壓沖擊時會引起側滑塊的后退。因此設計側滑塊的鎖緊裝置，即楔緊塊，其內側與小滑塊尾部以斜面研合接觸，確保側型芯的精確定位，并鎖緊側滑塊，防止因受側向壓射壓力而產生位移或后退。

圖5：二級抽芯動作過程

3.3 模具冷卻系統設計

模具冷卻系統對鑄件質量、模具壽命以及生產穩定性起著關鍵性因素。為保證此鑄件內部品質，在模具四周及上下位置分別設計各種類型水路，見圖6。從圖6a可以看出，在動定模上設計大的循環冷卻，深腔部位均設計點冷卻或高壓冷卻，盡可能消除局部過熱而產生縮孔、裂紋及粘模問題；由于底部滑塊嵌套式的抽芯機構設計，導致大循環冷卻水布置時空間位置小，僅在周邊設計1組循環冷卻，其余在過熱位置設計多個點冷卻；其余兩側面，由于深腔位置及孔系少，結構簡單，主要以多層循環冷卻為主，以確保模具溫度的穩定和平衡。從圖6b可以看出，在2個二級抽芯上分別設計1組復雜的循環冷卻，不僅能夠冷卻每個型銷，而且能夠冷卻斜抽芯機構，使得抽芯機構的工作狀態平穩，故障率低，生產效率高。

圖6：冷卻系統設計

4、生產驗證

采用上述的設計方案制作完成了模具，并進行了生產。圖7為壓鑄件合格產品照片，兩側軸承孔及產品底部8個螺紋孔機加工后，均未出現明顯缺陷。通過實際生產的驗證，此種結構模具能夠解決同一側面不同抽芯方向的問題，且抽芯平穩、頂出安全，鑄件質量及尺寸均能滿足產品的要求，現已實現批量生產。

圖7：合格產品

5、結論

（1）ADC12鋁合金變速箱殼體壓鑄模分型面選擇靠近兩側大軸承孔端面上，正面淺腔設計在定模上，背面深腔設計在動模上，4個側面設計為上下左右4個滑塊，復雜側面位于模具底部。

（2）由于產品底部8個螺紋孔與出模方向角度不一致，綜合考慮模具空間結構，采用多滑塊嵌套式抽芯機構，簡化壓鑄模加工工藝流程，從而達到降低模具制造成本、提高生產效率的目的。

（3）采用循環冷卻、點冷卻及高壓冷卻來確保模具溫度的穩定和平衡。同時，在側抽芯機構中設計循環冷卻，確保其工作狀態的平穩性，提高生產效率。

作者：
萬曉萌 張笑 王曄 賀爾康
陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司

本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志2020年第40卷第08期